技术原理

    视频：非损伤微测技术（NMT）原理

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    非损伤微测技术是通过微电极和微传感器获取离子和分子的信号，基于Nernst方程和Fick's第一扩散定律计算离子和分子的浓度和流速，能够获得非常细微的信号，流速能够达到10^-12 mol • cm^-2 • s^-1。在生命科学领域，应用非常广泛，是连接生命功能的桥梁。在环境科学领域，非损伤微测技术的高灵敏度是人们探知环境恶化的预警系统。在材料科学领域，对于人们认识材料在液体环境中的性能提供了一个新颖的评价手段。

    以Na⁺浓度梯度和Na⁺微电极为例说明非损伤微测技术离子选择性微电极的工作原理。

    Na⁺离子选择性微电极通过前端灌充液态离子交换剂(Liquid Ion Exchanger，LIX)实现Na⁺的选择性。该微电极在待测离子浓度梯度中以已知距离dx进行两点测量，分别获得电压V1和V2。两点间的浓度差dc则可以从V1、V2及已知的该微电极的电压/浓度校正曲线(基于Nernst方程)计算获得。D是离子的扩散常数( 单位：cm²•sec^-1)，将它们代入Fick第一扩散定律公式J = - D • dc/dx，可获得该离子的流动速率(pico mol • cm^-2 • s^-1) 即：每秒钟通过每平方厘米的该离子/分子摩尔数（10^-12级）。

注：荧光染料/光纤、纳米碳丝、酶电极、金属/合金等均可用来实现对某种离子/分子的选择性测量。

    非损伤微测技术的测量有如下优势：

1. 活体、原位、非损伤测定：生理功能研究，获取正在发生的信息
2. 时间分辨率高：0.3s；2-5s，能够快速获得细胞的早期事件
3. 空间分辨率高：0.5μm；2μm，能够测定单细胞，甚至原生质体、液泡等细胞器
4. 灵敏度高：10^-12 mol • cm^-2 • s^-1或更低
5. 长时间测量：1h，24h，甚至7天或更长
6. 多种离子同时测量：研究离子间的相互关系
7. 不用提取样品：直接测量，不需要研磨等传统的提取方法
8. 动态实时测量：动态实时地测量和获取数据，可视化结果
9. 操作便捷：很多操作通过自动控制可以实现
10. 多个尺度上的测量：整体、器官、组织、细胞、甚至细胞器都可以测量（大于5μm）
11. 多维扫描与测量：一维、二维、三维方向测定，获取数据空间数据

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